染料納濾脫鹽濃縮工藝與傳統(tǒng)鹽析壓濾工藝的經濟性比較

1、染料納濾脫鹽濃縮工藝與傳統(tǒng)鹽析壓濾工藝的經濟性比較第23卷第5期2003年5月現(xiàn)代化工modernchemicalindustrymav2003?39?染料納濾脫鹽濃縮工藝與傳統(tǒng)鹽析壓濾工藝的經濟性比較賀高紅劉紅晶欒雪梅姚輝(1.大連理工大學化工學院,遼寧大連116011;2.大連染料廠,遼寧大連116100)摘要:介紹了染料的納濾脫鹽和濃縮工藝,并與某些染料后處理中的鹽析,壓濾過程比較,進行了經濟性的估算.用納濾方法代替鹽析和壓濾工藝,對于1000t/a染料工廠,每年可節(jié)約24o萬元,同時可提高染料的品質.關t詞:納濾;染料;脫鹽;濃縮;經濟比較中田分類號:tq610.6文獻標識碼:a文章編

2、號:02534320(2003)05003903economiccomparisonsbetweendesalinationandconcentrationofdyesbynanofdtrationmembraneandtraditionalsalting-outandfilterpressprocesshegao-hong,liuhong-jing,luanxue.mei,yaohui(1.collegeofchemicalenneefing,dalianuniversityoftechnology,dalian116011,china;2.daliandyesplant,dalian116

3、100,china)abstract:theprocessofdesalinationandconcentractionofdyesbynanofihractionisintroduced,andaneconomicevaluationofthisprocessismadeonthebasisofthecomparisonbetweenitandthetraditionalprocessoffilterpressandsalting-outofdyes.accordingtotheeconomicevaluationresults,about2.4millionyuancanbesavedpe

4、ryearinaplantwithacapacityof1kt/aofdyes.forexample.andthisprocesscanalsoenhancetheproductsquality.keywords:nanofihration;dyes;desalination;concentration;economiccomparison在一些固體染料的生產過程中,合成染料從水溶液中的分離通常是經過鹽析和壓濾工序來實現(xiàn)的.該過程存在著如下弊端:由于鹽析過程帶入的鹽分使染料的純度降低,從而降低了染料在染色過程的溶解性能,影響著色,同時耗費大量的鹽;壓濾過程會造成主體染料的流失,損失率大于5%,

5、這將使生產廠蒙受很大的經濟損失;兩個過程為間歇操作,勞動強度高,耗時多.所以用新的更有效的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鹽析壓濾過程是很有意義的.膜分離技術具有節(jié)能高效的特點,是解決當代人類能源危機及環(huán)境污染等重大問題的高新技術.納濾(nf)是納米級過濾的簡稱,是由壓力驅動的新型膜分離過程.納濾用于染料脫鹽和濃縮時有如下特點:分離過程中能夠截留中低分子質量的有機物,同時可部分透過一價鹽,所以納濾可以集染料脫鹽與濃縮為一體;操作壓力低,可節(jié)約動力;某些性能優(yōu)良的納濾膜有良好的耐熱性能.耐酸堿性能,在有機溶劑中有較好的穩(wěn)定性e2.用納濾技術來進行水溶性染料的脫鹽和濃縮已顯示出較好的應用前景l(fā)3j,它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的

6、鹽析,壓濾工序,使單元操作數(shù)減少,工人的勞動強度降低.筆者主要針對納濾方法脫鹽和濃縮染料的過程與傳統(tǒng)鹽析壓濾過程進行經濟性比較.1染料納濾脫鹽濃縮的工藝介紹i.i染料生產中納濾方法與傳統(tǒng)方法的工藝比較納濾脫鹽濃縮工藝為:匝圃一匭圈一匱囹傳統(tǒng)鹽析壓濾工藝為:匝垂蔓圃一囡一回匱至王困收稿日期:2003一o107作者簡介:賀高紅(1966一),女,教授,博導,從事膜分離技術研究,hsaohongdim.edi1.?40?現(xiàn)代化工第23卷第5期1.2納濾脫鹽濃縮的流程分析納濾脫鹽濃縮的流程如圖1.l一染料水溶液;2一粗濾設備;3一加壓泵;4一納濾脫鹽濃縮設備;5一廢液池;6一噴霧干燥設備圖1納濾脫鹽濃

7、縮的工藝流程納濾脫鹽和濃縮采用同一套設備.首先,染料水溶液經過粗濾設備預處理,然后經過加壓泵加壓送入納濾設備進行脫鹽和濃縮,被除去一部分鹽的截留液返回染料水溶液中,繼續(xù)脫鹽和濃縮,達到所要求的鹽濃度和濃縮度后,被送去噴霧干燥.1.3納濾脫鹽濃縮過程數(shù)學模型的建立納濾脫鹽濃縮過程可以有2個方案來執(zhí)行.方案一是恒容納濾過程,這是針對鹽含量有嚴格要求,要進行嚴格脫鹽的染料處理過程.處理過程中要不斷地向染料水溶液中補加水分,保持染料溶液的體積不變,染料的濃度基本不變,鹽含量逐漸減少,待鹽含量達到要求后,停止加水進行濃縮.方案二是非恒容納濾過程,此過程是針對鹽含量要求并不嚴格的染料,以濃縮為主要目的,過

8、程中不向染料溶液中補水或補少量的水,待溶液濃縮達到要求時,停止操作.設膜對鹽的截留率為r,假定在整個過程中截留率r為一個定值,染料溶液的初始體積為(m3),初始含鹽質量濃度為c0(g/l),染料溶液最終鹽質量濃度為g(g/l),透過液的最終體積為(m3).方案一:恒容納濾的數(shù)學模型vodc=一c(1一r)dv(1)經整理后得:ill(co/c.)=(1一r)/(2)方案二:非恒容納濾的數(shù)學模型d(cv)=c(1一r)dv(3)經整理后得:c=(1一v,/vo)co(4)據(jù)資料顯示,絕大多數(shù)的活性染料和酸性染料通?？梢圆捎眉{濾濃縮代替原工藝,同時用納濾方法進行這些染料的脫鹽,以提高其品質.2納濾

9、脫鹽濃縮與鹽析壓濾過程的經濟比較2.1比較的基礎條件假定某工廠染料的年產量為1000t;染料的價格以1998年活性染料和酸性染料的平均出口價格為基準.2.2納濾脫鹽濃縮代替鹽析壓濾取得的經濟收益(1)原料無機鹽的節(jié)省顯而易見,鹽析被取代后,用于鹽析的大量的鹽被節(jié)省下來.在原工藝中,所加入的無機鹽多為元明粉或者精鹽,現(xiàn)鹽以nac1計,因為不同染料鹽析所加入的精鹽量不同,有的酸性染料鹽析過程加入的鹽與染料的質量比約是4:1,有的染料鹽析中鹽和染料的質量比低一些,一般均在2:1左右l4j.由于鹽析后得到的鹽中混有染料,而染料和鹽的分離較為困難,從經濟的角度來講分離染料和鹽并不合適,所以工廠一般并不回

10、收鹽.假定鹽量和染料的比例為2:1,即1t染料鹽析需2t無機鹽.現(xiàn)市場工業(yè)氯化鈉的價格是500元/t,所以年耗資金100萬元.即去掉鹽析過程每年就可以為工廠節(jié)省百萬元資金.在工廠的實際操作過程中,一般要鹽析2次.一次鹽析的染料經壓濾后,要重新打漿,經鹽析壓濾洗滌后,再用水打漿調整強度后送去噴霧干燥,這樣的過程耗時,耗力.而納濾過程則合并了鹽析和壓濾2個化工單元操作,降低了工人的勞動強度并且減少了勞動時間.(2)主體染料流失的減少在染料的生產過程中,收率低是困擾染料生產的主要問題之一.在染料后處理過程中,壓濾是染料流失的一個環(huán)節(jié).通常壓濾造成的染料損失大于5%.在納濾脫鹽濃縮中,要使得納濾膜與染

11、料相匹配,若匹配良好,主體染料的損失在1%左右,遠比普通壓濾的損失要小.假定壓濾過程染料的損失率為5%,納濾脫鹽濃縮過程的損失率為1%,染料的價格為5萬元/t,那么改用納濾方法每年可節(jié)約資金2o0萬元.(3)膜損耗在膜分離過程中因為膜的壽命問題,使得膜要定期更換.染料生產中膜損失為6oo元/tc,那么每年生產1000t的染料膜損失為60萬元.表1采用納濾方法每年節(jié)約資金由表1可知,采用納濾脫鹽濃縮工藝每年可節(jié)2003年5月賀高紅等:染料納濾脫鹽濃縮工藝與傳統(tǒng)鹽析壓濾工藝的經濟性比較?41?約資金240萬元.(4)設備費在染料納濾脫鹽濃縮過程中,恒容納濾的滲透通量是最大的,所以筆者用恒容納濾脫鹽

12、濃縮模型來估算設備費用.假定每年納濾脫鹽濃縮的時間為7500h,所選納濾膜的通量為60l/(m2?h),對于年產量為1000t染料的工廠,則每小時需要生產的染料量為0.13t.如果合成染料中鹽占40%,染料質量濃度為100g/l,則鹽的質量濃度為67g/l,如要求鹽的最終質量濃度為0.3g/l,初始染料體積為1m3,r取0.4,則由公式(2)得到脫鹽后的滲透液量為9.o1m3.因為恒容,所以脫鹽過程中染料的濃度基本不變,脫鹽后的染料將繼續(xù)濃縮.一般而言,經過納濾濃縮后,染料溶液濃度通?？梢杂?0%(質量分數(shù))增加到30%,0.1t染料約含0.9t水,濃縮到30%后,需脫出約0.67m3的水.所

13、以0.1t染料納濾脫鹽濃縮后一共滲透9.68m3的水.那么0.13t染料需滲透12.9m3的水量.所以1h內滿足這樣的處理量所需的納濾膜為215m2,再加上一定的裕度,250的納濾膜是可以滿足要求的.而每平方米的納濾膜約為500元左右,膜費用占設備費用的1/3,則設備費用為25萬元.這樣一年節(jié)約的資金足可以回收一次性的設備投資.我國是染料生產大國,但產品品質低,市場競爭不強是阻礙我國染料發(fā)展的主要問題.染料經過納濾處理后,有效成分提高了20%以上j,達到了國外同類產品的水平,增強了在國際市場的競爭能力和出口創(chuàng)匯能力,將極大地促進染料行業(yè)的發(fā)展.2.3納濾脫鹽濃縮在染料生產中的節(jié)能效應某些染料,

14、如很多的活性染料,它們的常規(guī)生產工藝是將染料溶液直接送去噴霧干燥.這樣若用納濾脫鹽濃縮工藝,一方面達到了脫鹽效果,得到高品質的產品,另一方面濃縮了染料,提高了染料的含固率,使得染料干燥能耗減少.干燥過程在染料的后處理過程中是高能耗操作工序之一,干燥操作的平均熱效率約為30%50%,所以節(jié)能在生產中有很重要的經濟意義.常規(guī)的生產工藝條件下,染料溶液質量分數(shù)只有10%左右,經納濾濃縮后的染料溶液質量分數(shù)可達30%左右.濃縮前每噸干染料約含9t水,濃縮到30%后約為1t干染料含2.33t水.表2為2種方法脫水操作成本比較,由此可估算出產量為1000t的染料廠,采用納濾方法每年可節(jié)約資金67.5萬元.

15、表2兩種脫水方法操作成本的比較脫水方法價格/美元?m.納濾噴霧干燥1.ol3.2l3結論(1)用納濾脫鹽濃縮代替鹽析壓濾過程,既省去了鹽的消耗,節(jié)省了資金,又增加了染料的收率,對年產量為1000t染料的工廠,每年可節(jié)約資金近240萬元,給工廠帶來了很好的經濟效益.(2)用納濾脫鹽方法處理過的染料,有效成分明顯增加,其品質提高,增強了染料在國際市場的競爭能力,更利于出口創(chuàng)匯,同時具有很好的節(jié)能效果.參考文獻1萬金保.j.膜科學與技術,2000,20(6):59.【2高叢錛.張建飛.等.【j.水處理技術.1996,22(3):1471503朱樂平譯.膜組件與設備m.北京:化學工業(yè)出版社,19984斯國平.j.印染助劑,2oo0.17(3):16.5蘇鶴祥,洪建華.等.j.上?；?1993,18(3):10.6劉文廣.j.上海染料,2ooo.28(2):33.i._2003年世界制藥原料竄圜-.l-(c.hic觸)將上淘摯由中國醫(yī)藥保健品i出口商會和歐溯博聞有限公司(cmpi)共同主辦的20o3年世界制藥諫料中